一种多模态小动物在体成像系统及小动物成像方法【技术领域】，尤其涉及一种多模态小动物在体成像系统及其小动物成像方法。[0002]小动物在体成像是应用影像学的方法，对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。它利用特异性分子探针的靶向性追踪目标并成像，可用于肿瘤的早期检测与新药物的研制。多模态小动物在体成像系统能集各系统之长，提供融合图像，提供更多、更准确的信息。[0003]常用的各种小动物在体成像技术均有自己的优势与局限。X射线计算机断层成像X射线计算机断层成像、正电子发射断层成像、激发荧光分子断层成像、生物自发光断层成像各种成像技术分别在医学成像方面有自己的优势与不足，为了更全面准确的描述生命过程，多模态融合正是大势所趋。[0004]在国外，西门子、GE、飞利浦等均已有多模态的产品出现。国内小动物在体成像领域中，也已有类似装置。[0005]但是目前主要集中在X射线计算机断层成像与其他几种成像技术的双模融合设备方面，并且为数不多的已有多模态设备也都存在各种问题:有的结构不够紧凑，只是将各模态采集系统拼接到一块；有的各模态分别采集，采集时间长；并且其正电子发射断层成像部分尚未实现旋转平板伽马光子接收器采集数据，导致必须分别扫描尚未实现同时同机成像等缺点。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种多模态小动物在体成像系统，其包括，
[0007]一支架，所述支架包括载床系统与支架系统，所述支架系统上设有一旋转圆盘，且所述载床系统位于所述旋转圆盘轴向上；
[0008]所述旋转圆盘上设有X射线计算机断层成像子系统与正电子发射断层成像子系统；
[0009]生物自发光及激发荧光一体分子断层成像光学子系统，其包括生物自发光断层成像光学子系统和激光荧光分子断层成像光学子系统，且所述生物自发光及激发荧光一体分子断层成像光学子系统包括一生物自发光断层成像光学子系统和激光荧光分子断层成像光学子系统共用的光学相机，且所述光学相机设置于所述载床系统上；同时，
[0010]所述X射线计算机断层成像子系统的成像视野、所述正电子发射断层成像子系统的成像视野 与所述光学相机的成像视野至少部分重叠；
[0011]所述载床系统还包括动物载床，所述动物载床将小动物移动至所述视野的重叠区域上。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述旋转圆盘中心区域设有一中心通孔，所述X射线计算机断层成像子系统的成像视野、所述正电子发射断层成像子系统的成像视野与所述生物自发光断层成像光学子系统的成像视野的重叠区域位于所述旋转圆盘中心区域。
[0013]在上述技术方案的基础上所述X射线计算机断层成像子系统包括X射线源，X射线探测器，X射线准直器，且所述X射线源、X射线探测器、X射线准直器位于一直线上。
[0014]在上述技术方案的基础上，所述正电子发射断层成像子系统包括开关电源，主控制板，时钟板，交换机，两伽马光子平板探测器，BDM电源模块，且所述两伽马光子平板探测器位于所述两伽马光子平板探测器分别设于所述旋转圆盘两侧。
[0015]在上述技术方案的基础上所述直线上装有两组相互垂直的平移台，每组平移台包括两分别位于所述旋转圆盘中心区域两侧的平移台。
[0016]在上述技术方案的基础上，所述X射线源与X射线准直器位于第一组平移台的其中一平移台上，所述X射线探测器位于第一组平移台的另一平移台上，且所述X射线源、X射线准直器与X射线探测器均能够在所述平移台上滑动。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述两伽马光子平板探测器分别装设于第二组平移台的两平移台上。
[0018]在上述技术方案的基础上，所述载床系统包括载床支架，设置于所述载床支架上的动物载床平移台及设置于所述动物载床平移台上的动物载床，且所述动物载床能够在所述动物载床平移台上移动，使动物载床上小动物移至所述重叠的视野内，同时，所述载床系统上还设有固定装置，所述固定装置位于所述旋转圆盘中心区域到动物载床平移台的延伸方向上，所述光学相机安装于所述固定装置上。 [0019]在上述技术方案的基础上，生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统还包括反光镜，激光器，滤光片，所述激光器设置于所述旋转圆盘上，且所述激光器的光路通过所述视野的重叠区，所述反光镜设置于通过视野重叠区后的光路上，所述反光镜能够将所述激光器发出的激光反射至所述光学相机，同时，所述滤光片设置于所述光学相机上。
[0020]在上述技术方案的基础上，所述激光器设置于所述旋转圆盘上，且所述激光器的出光口靠近所述旋转圆盘的中心区域，所述反光镜位于靠近所述中心区域且与所述出光口相对的一端，且所述反光镜安装于所述旋转圆盘上，所述反光镜位于所述X射线计算机断层成像子系统发出的X射线的路径上，且所述反光镜位于正电子发射断层成像子系统的两伽马光子平板探测器之间，且所述反光镜宽度小于所述两伽马光子平板探测器之间距离，所述反光镜材料为X射线衰减率低反光率高的材料。
[0021]在上述技术方案的基础上，所述激光器设置于所述载床系统上，所述激光器通过光纤将激光传导至所述中心区域周围。
[0022]本发明还提供一种使用所述一种多模态小动物在体成像系统的小动物成像方法，其包括以下步骤，
[0023]SI将注射好符合三个模态要求的探针与造影剂的小动物固定到动物载床上；
[0024]S2动物载床移动至视野的重叠区；
[0025]S3开启所述X射线计算机断层成像子系统、正电子发射断层成像子系统、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统中的一个或多个，且旋转圆
盘旋转一周；[0026]S4根据所述X射线计算机断层成像子系统、正电子发射断层成像子系统、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统的扫描数据得到小动物分子影像。
[0027]在上述技术方案的基础上，同时开启所述X射线计算机断层成像子系统、正电子发射断层成像子系统、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统，根据得到的扫描数据进行重建，根据重建的结果图像进行多模态融合，即可得到X射线计算机断层成像子系统、正电子发射断层成像子系统、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统的三模态融合的分子影像。
[0028]与现有技术相比，本发明实现了 X射线计算机断层成像、正电子发射断层成像与激发荧光分子断层成像三模态融合的分子影像成像；将大部分部件集中到旋转圆盘，充分利用空间结构，结构紧凑；各子系统成像视野重叠，可实现同时同机成像，缩短了采集时间；正电子发射断层成像子系统使用了平板伽马光子探测器；由于光学相机设置在旋转圆盘外，使得两伽马光子平板探测器距离不受限制，空间结构合理，正电子发射断层成像子系统可达到较高灵敏度，同时也不会降低其他子系统成像效果，并且也能使小动物保持正常体位。



[0029]图1是本发明的多模态小动物在体成像系统的一个实施例的结构示意图；
[0030]图2是本发明的X射线计算机断层成像子系统的一个实施例的结构示意图；
[0031]图3是本发明的正电子发射断层成像子系统的一个实施例的结构示意图； [0032]图4是本发明的激发荧光分子断层成像/生物自发光断层成像光学子系统的一个实施例的结构示意图；
[0033]图5是本发明的载床系统、支架系统、驱动系统与伺服系统的一个实施例的结构示意图。

[0034]请参考图1至图5，一种多模态小动物在体成像系统，其包括一种多模态小动物在体成像系统，其包括，一支架，所述支架包括载床系统5与支架系统4，所述支架系统4上设有一旋转圆盘6 ;载床系统5位于所述旋转圆盘轴向上。所述旋转圆盘6上设有X射线计算机断层成像子系统I与正电子发射断层成像子系统2 ;载床系统5上设有生物自发光及激发荧光一体分子断层成像光学子系统的光学相机17。生物自发光及激发荧光一体分子断层成像光学子系统包括生物自发光断层成像光学子系统和激光荧光分子断层成像光学子系统。生物自发光及激发荧光一体分子断层成像光学子系统即为光学相机17本身，而激光突光分子断层成像光学子系统除了光学相机17外还包括激光器19与反光镜18。光学相机17与载床系统5共用一个支架,激光器19可在所述旋转圆盘6上,也可在载床系统5上,在本实施例中优选的设置于旋转圆盘6上。载床系统5在底座25的最前端，旋转圆盘6在底座25的中间位置，通过主轴23与主支架安装在底座上。主轴23为空心轴，通过轴承安装在主支架上。旋转圆盘上的数据线与电源线通过主轴23的中心连接至滑环。主支架转轴后端安装滑环系统，将转盘上的数据线与电源线转接至电源系统与数据控制采集系统。[0035]X射线计算机断层成像子系统I的成像视野、正电子发射断层成像子系统2的成像视野与所述生物自发光断层成像光学子系统的成像视野至少部分重叠。X射线计算机断层成像子系统I的成像视野、所述正电子发射断层成像子系统2的成像视野与所述生物自发光断层成像光学子系统的成像视野的重叠区域位于所述旋转圆盘中心区域。X射线计算机断层成像子系统I包括X射线源，X射线探测器，X射线准直器9，且所述X射线源7、X射线探测器8、X射线准直器9位于一直线上。X射线源7采用40kV-130kV、20 μ m焦斑的微焦斑X射线源与平板X射线探测器8。X射线源7与X射线探测器8相对的安装在旋转圆盘的中心通孔28的两侧。重叠区在通孔28的区域内。X射线源7与X射线探测器8分别通过平移台10安装到旋转圆盘上。两个平移台10可单独控制，实现X射线源7与X探测器8都能在控制下移动，在必要时调节X射线源7到成像对象的距离与X探测器8到成像对象的距离。旋转圆盘6转动时，使安装在上面的平移台10与平移台10上的X射线源7与X射线探测器8 —同转动，在X射线源7与X射线探测器8中间形成探测视野。X射线准直器9安装在X射线源7发射X射线处，将X射线限制在所需视野范围附近，减少X射线对其他成像设备的影响。X射线经X射线准直器9照射到成像对象，产生相应衰减，在X射线探测器8上形成投影，X射线探测器8感应到投影值产生投影数据，经数据线与数据采集系统将投影数据保存到计算机。X射线计算机断层成像子系统I能提供高精度的结构图像，可以单独作为Micro-CT使用，也可以与正电子发射断层成像子系统2或者激发荧光分子断层成像/生物自发光断层成像光学子系统进行数据融合，提供更精确的医学图像。
[0036]如图3所示，正电子发射断层成像子系统2包括开关电源11，主控制板12，时钟板，交换机，两伽马光子平板探测器15，BDM电源模块，且所述两伽马光子平板探测器15分别设于所述旋转圆盘中心区域的中心通孔28两侧。直线上装有两组相互垂直的平移台10，每组平移台10包括两分别位于所述旋转圆盘中心区域两侧的平移台10。X射线源7与X射线准直器9位于第一组平移台10的其中一平移台10上，所述X射线探测器位于第一组平移台10的另一平移台10上，且所述X射线源、X射线准直器与X射线探测器均能够在所述平移台10上滑动。两伽马光子平板探测器15分别装设于第二组平移台的两平移台10上。两个该伽马光子平板探测器15相对的安装在旋转圆盘6中心通孔28的两侧，都通过平移台10安装到旋转圆盘6上。旋转圆盘6转动时，使安装在上面的平移台10与平移台10上的伽马光子平板探测器15 —同转动，在两个BDM平板探测器15中间形成探测视野。能通过平移台10调节两个伽马光子平板探测器15的位置，从而可调节伽马光子平板探测器15平面到视野的距离。两个伽马光子平板探测器15的最近距离，在不影响所述X射线计算机断层成像子系统I的X射线光束的前提下可以尽可能接近。开关电源11用来给BDM电源模块16与主控制板12提供电源，主控制板12控制时钟板13与BDM电源模块16，时钟板13给BDM模块提供时钟信号，BDM电源模块16给伽马光子平板探测器15供电。伽马光子平板探测器15将采集的伽马光子信号经网线传输至交换机14，再由交换机14传输至电脑进行重建。
[0037]请参考图4，载床系统包括载床支架5，设置于所述载床支架5上的动物载床平移台及设置于所述动物载床平移台上的动物载床，且所述动物载床能够在所述动物载床平移台上移动，使动物载床上小动物移至所述重叠的视野内，同时，所述载床系统上还设有固定装置，所述固定装置位于所述旋转圆盘中心区域到动物载床平移台的延伸方向上，所述光学相机安装于所述固定装置上。
[0038]生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统还包括反光镜，激光器，滤光片，所述激光器设置于所述旋转圆盘上，且所述激光器的光路通过所述视野的重叠区，所述反光镜设置于通过视野重叠区后的光路上，所述反光镜能够将所述激光器发出的激光反射至所述光学相机，同时，所述滤光片设置于所述光学相机上。在本实施例中，波长范围375nm-1064nm的激光器19通过平移台10安装在旋转圆盘6上，对准成像对象视野。反光镜18由两片夹角呈90°的镜片组成，镜片的材料为X射线衰减率低光反射率高的材料制成。如超薄的前表面反射镜。两镜片分别固定在旋转圆盘6中心孔两侧，用以反射激发出的荧光。且两镜片均位于X射线的路径上，也位于两个伽马光子平板探测器15之间。光学相机17位于旋转圆盘6正前方的载床系统的后面。滤光片20位于光学相机17镜头的前面。激光器19发出的光照射到成像对象上，进入动物体内的激发光被荧光探针中的荧光团所吸收，经过一定时间延迟后，荧光团发出比激发光能量低的荧光，荧光经过组织的吸收和散射一部分穿透出体外，穿出体外的荧光经过反光镜18的反射，被光学相机17捕获，光学相机17将数据传至电脑重建。
[0039]动物载床系统，所述动物载床系统位于所述重叠区域上。动物载床系统50,包括载床支架，平移台10，动物载床22。载床支架5下端可以较大范围内调节支架高度，上端有较小范围内是调节装置，实现支架高度的粗调与精调。载床支架5用于调节动物载床的高度，平移台10用于运送动物载床到成像视野。动物载床由透明的有机玻璃制成，可以透射X射线与可见光。在后端安装有用于气麻的管道，用于给深度麻醉下的小动物保持体温的电热
装直。
[0040]请进一步参考图5，支架系统4包括旋转圆盘6，主轴23，主支架24，底座25，滑环系统；驱动系统，包括伺服电机26，减速机27 ;伺服系统，包括编码器，控制器。底座25的前端安装动物载床系统，中间部位放置支架系统，后面是驱动系统、伺服系统。旋转圆盘6通过法兰与主轴23相连，主轴23通过轴承安装到主支架24上，位于底座25的中部。伺服电机26经减速机27减速，通过皮带轮带动主轴23旋转。主轴23安装高精度编码器将主轴23的位置信息实时的反馈给伺服系统，进一步调节电机转速，从而实现系统的闭环控制。
[0041]使用者可根据需要，开启一种两种或三个成像子系统，并且由于三个成像子系统的视野具有重叠的区域，小动物在重叠的区域中可同时同机进行任意两种或三种成像子系统的同时同机成像。并且，由于光学相机17在旋转圆盘6以外，使得旋转圆盘6上的器件排列紧密，使得结构更加简答。
[0042]下面介绍使用本发明一种多模态小动物在体成像系统对小动物成像的方法，其包括以下步骤，
[0043]SI将注射好符合三个模态要求的探针与造影剂的小动物固定到动物载床上；
[0044]S2动物载床移动至视野的重叠区；
[0045]S3开启所述X射线计算机断层成像子系统1、正电子发射断层成像子系统2、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统中的一个或多个，且旋转圆盘旋转一周；
[0046]S4根据所述X射线计算机断层成像子系统、正电子发射断层成像子系统2、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统的扫描数据得到小动物分子影像。
[0047]在上述技术方案的基础上，同时开启所述X射线计算机断层成像子系统、正电子发射断层成像子系统2、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统，根据得到的扫描数据进行重建，根据重建的结果图像进行多模态融合，即可得到X射线计算机断层成像子系统、正电子发射断层成像子系统2、生物自发光断层成像光学子系统和激发荧光分子断层成像光学子系统的三模态融合的分子影像。
[0048]本发明实现了 X射线计算机断层成像、正电子发射断层成像与激发荧光分子断层成像三模态融合的分子影像成像；将大部分部件集中到旋转圆盘，充分利用空间结构，结构紧凑；各子系统成像视野重叠，可实现同时同机成像，同时也缩短了采集时间；正电子发射断层成像子系统2突破性的使用了平板伽马光子探测器；空间结构合理，正电子发射断层成像子系统2可达到较高灵敏度，同时也不会降低其他子系统成像效果，并且也能使动物保持正常体位；总之，本发明结构合理，可以方便快速的实现多模态成像。
[0049]综上所述，仅为本发明 之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。